开放式电阻抗成像基本原理和仿真实验研究

电阻抗成像技术作为一种新兴的功能性医学成像技术具有广阔的应用前景。除了成像的空间分辨率不高之外,当前研究中普遍针对封闭场域成像的模式也是电阻抗成像技术推广到临床应用的一个不可忽视的障碍。在分析封闭式电阻抗成像临床应用局限性的基础上,提出了开放式电阻抗成像的思想,依据这一思想构建的开放式电阻抗成像系统能对局部浅层的生物组织给出有价值的电阻抗分布信息。给出了开放式电阻抗成像电磁场边值问题的数学模型,提出了边界约束问题的处理方法,并进行了初步的仿真和实验研究。结果表明,当目标位于体表下较浅部位时,成像具有较好的分辨率和定位准确度。

提高开放式电阻抗成像检测深度的方法研究

在分析影响开放式电阻抗成像检测深度的关键因素和解决途径的基础上,针对实际应用建立了人体躯干二维截面物理模型和相应的数学模型,提出了表面激励、背电极激励和手电极激励等三种激励模式,并采用有限元法进行仿真评估。仿真结果表明,背电极激励和手电极激励能使激励电流更多地分布于被测对象深部区域,相应地能使边界电压对被测对象内部阻抗具有更高的灵敏度,从而提高开放式电阻抗成像的检测深度,比表面激励模式更加适合于开放式电阻抗成像的应用。

生物组织电导率磁感应测量原理及系统研究

生物组织电导率磁感应测量是一种无接触式的测量技术,主要应用在医学磁感应成像领域。本文回顾了磁感应测量技术的发展历史及现状,指出了其研究意义。介绍了磁感应测量技术的原理,通过仿真绘出了场域内的涡流流向和涡流密度幅值分布图。结果显示当场域内有异物存在时,涡流的流向会发生改变,且异物存在区域的涡流幅值明显区别于周围区域的涡流幅值。最后给出了仿真实验结果,通过模拟水槽及生物组织实验,证明通过磁感应的方法测量生物组织电导率是可行的,并指出了磁感应测量技术在医学成像领域的发展前景。

基于直接数字频率合成的混合频率恒流源设计

对比已有的混合频率恒流源实现方式,提出一种灵活性好、稳定性高的实现结构。从系统组成角度分别介绍直接数字频率合成、电压控制增益放大器、电压控制电流源三个模块及其实现方法。从仿真及实测结果看,设计的恒流源能够达到较高的输出阻抗。通过实测电流的时域波形图及频谱图分析,恒流源能输出混合任意两种频率正弦波形的电流,且噪声水平较低。该设计在三维多频电阻抗成像系统中得到良好的应用,可提高成像系统的测量速度及精度,并使电阻抗成像技术有效应用于阻抗变换快的检测对象。

典型相关分析去除脑电信号中眼电伪迹的研究

给出了一种基于典型相关分析(Canonical Correlation Analysis,CCA)的盲源分离技术来去除脑电信号中的眼电伪迹。通过实验验证了基于CCA的盲源分离方法去除眼电伪迹的有效性,并将该方法与广泛使用的独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)进行了比较。实验结果表明,基于CCA的盲源分离方法可以对眼电伪迹进行成功地分离和消除,该方法相较于ICA方法而言,算法更为简单,计算速度更快。

基于典型相关分析与低通滤波的肌电伪迹去除

提出了一种基于典型相关分析(CCA)和低通滤波的盲源分离方法去除脑电信号(EEG)中的肌电伪迹。该方法首先将混入了肌电伪迹的EEG信号分解为不相关的CCA分量,然后对与伪迹源相关的分量进行低通滤波处理,去除这些分量中的高频伪迹成分,最后利用与EEG相关的CCA分量和滤波处理后的新分量重构信号,消除肌电伪迹的影响。实验结果表明,采用CCA能够有效地分离出肌电伪迹,而结合低通滤波技术能够更有效地保留EEG信息。该方法取得了较好的去除肌电伪迹的效果。

三维电阻抗成像系统激励模式仿真分析

为克服电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)信息量少,正、逆问题计算时由于实际三维场近似到二维时引入误差等弊端,在开放式EIT基础上改进一维电极阵列为二维电极阵列,拓展求解域到整个三维场,以增加信息量,消除模型误差。针对目前EIT的几种激励模式,运用有限元法求解不同模式下的正问题,以区分度和表面投影成像的方法评估各种激励模式对三维场域内扰动的敏感度。结果表明背电极方式在探测深度、精度上具有明显优势,临床应用简便,可为下一步三维EIT的研究提供参考。

基于数字相敏检波的恒流源输出阻抗检测及补偿技术实现

目的:为了提高电阻抗成像系统(EIT)的图像重构精度,研究并实现了恒流源输出阻抗值的检测以及补偿技术。方法:在EIT系统上设计了恒流源输出阻抗检测电路,用高速AD采回检测电路的输出电压值,并在数字信号处理器(DSP)实现数字相敏检波(DPSD)后得到恒流源输出阻抗。之后在恒流源输出端并联负电容补偿恒流源输出电容,以增大恒流源输出阻抗,提高EIT系统图像重构精度。结果:由实验结果发现,负电容补偿技术虽然无法使恒流源输出阻抗值趋于无穷,但是可使其阻抗值明显增大。结论:该阻抗检测方法及补偿电路独立于恒流源设计,是恒流源设计之外的测量和进一步提高其输出阻抗的方法,不仅可以很好地应用于EIT系统,也可以应用于其他对恒流源输出阻抗有较高要求的系统。

电阻抗成像中高速高精度数字相敏检波器设计

电阻抗成像对测量系统的精度和速度都有较高要求,为此研制了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的数字相敏检波器(digital phase-sensitive detector,DPSD)用于电阻抗成像的数据测量。在分析DPSD原理的基础上,推导出信噪比与采样点数和采样分辨率的关系。给出了测量系统的实现方案,提出了基于直接数字频率合成(direct digitalsynthesis,DDS)技术的模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)时钟设计方法。采用高速多通道ADC芯片,辅以低抖动ADC时钟电路,最终由FPGA实现实时DPSD算法。实验测试结果显示,测量准确度可达0.03%,系统信噪比可达85dB。琼脂模型成像实验证明其性能可以较好地满足电阻抗成像的要求。

开放式磁感应成像原理及成像试验研究

磁感应成像是一种新型的功能性成像。提出一种开放式的磁感应成像技术,采用A-法分析开放式磁感应成像的正问题,给出二维圆形场域内的涡流场分布。在涡流密度的表达式中,含有磁矢位和标量电位。磁矢位的计算采用含全椭圆函数的近似计算公式,标量电位的计算采用Galerkin有限元法。绘出了场域内的涡流流向和涡流密度幅值分布图。在理论分析的基础上,进行了水槽实验,分析了系统的稳定性和灵敏度,并给出了初步的二维成像结果。成像结果表明,开放式磁感应成像技术可以用于区分低电导率差异的生物体组织。

开放式电阻抗断层成像测量系统设计与成像试验研究

目的:研制一种基于开放式电阻成像的高精度测量系统,用于物理模型试验研究,为临床试验奠定基础。方法:开放式电阻抗成像(OEIT)采用固定电极阵列,克服了封闭式电阻抗成像(CEIT)在应用上电极间隔不等、放置不方便等问题;测量系统采用直接数字频率合成(DDS)产生激励信号,采用FPGA与ADC实现数字相敏检波,检测出电极间的正弦电压幅值与相位,经成像算法得到试验图像。结果:该测量系统的信噪比达104dB,在300mS/m背景电导率情况下,可区分电导率分别为400mS/m和200mS/m的双目标。结论:该测量系统满足开放式电阻抗成像对测量信噪比的要求,水槽和琼脂物理模型的双目标成像试验结果表明,OEIT具有较好的分辨率和定位准确度,可以应用于区分低电导率差异的组织。

开放式电阻抗成像的灵敏度和病态性问题

开放式电阻抗成像(OEIT)系统能对局部浅层的生物组织给出有价值的电阻抗分布信息。研究OEIT系统的灵敏度,并绘制其分布图。采用奇异值分解技术分析开放式电阻抗成像的病态性,Jacobian矩阵的条件数是2.27×107,体现出很强的病态性。仿真结果表明:当单个目标位于体表下高灵敏度区域时,成像具有较好的分辨率和定位准确度,随着设定目标逐渐偏离高灵敏度区域,其重构图像逐渐发散,最终重构图像失败。由于OEIT的病态性,表层高阻抗目标起到了类似屏障的作用,导致图像重构失败。

点电流源激励下头颅球模型的电位分布解析算法研究

建立了头颅的球型仿真数学模型。用头皮、颅骨、脑脊髓和脑组织四层同心球结构仿真人体头颅。从拉普拉斯方程出发,用解析解的分离变量法求解头颅球模型在最外层(头皮层)表面施加点电流激励的情况下,各层的电位分布函数。根据电位分布的表达式,绘制出颅内的电位等位线图以及电流线图。分析了电流注入角度对电位分布和电流流向的影响。结果表明颅骨的低电导率对颅内的电位分布有很大的影响。研究结果可用于分析头部电阻抗成像等问题。

电机机械故障的在线诊断系统

本文简要介绍了一个电机机械故障的在线诊断系统的原理、硬件构成、上位机软件。

头部电阻抗成像正问题的解析解研究

建立头颅的球型仿真模型.用头皮、颅骨、脑脊髓和脑组织四层同心球结构模拟头颅.对各层组织采用复数电导率,用分离变量法分析头颅球模型在最外层(头皮层)表面施加点电流激励的情况下,内层的电位分布.根据电位分布的表达式,绘制出颅内的电位等位线图.分析电流注入角度对电位分布的影响.仿真结果表明,当颅内脑组织电导率变化时,头皮表面电位的实部变化明显大于虚部,激励电流频率变化对头皮表面电位虚部的影响较为明显.研究结果可用于分析头部电阻抗成像问题.

基于卓越计划的师范院校电子信息人才培养

本文针对师范院校电子信息专业学生的特点,在卓越计划专业建设内涵的基础上,初步分析了师范院校电子信息专业人才培养存在的问题,给出了重庆师范大学电子信息专业卓越工程师培养的几条具体措施,并对师范院校电子信息专业卓越计划的开展提出了两点思考。

开放式电阻抗成像中数字相敏检波器设计

开放式电阻抗成像技术对测量系统的精度要求很高,为此研制了基于FPGA的数字相敏检波器(DPSD)以用于电阻抗成像的数据测量。通过分析DPSD的信号采集与计算原理,给出了关键参数的计算,基于DDS技术的ADC时钟设计方法。同时设计了高速多通道ADC转换电路,低抖动性能的ADC时钟电路、FPGA实现实时数字相敏检波的计算方法,提高了系统的信噪比。经实验测试表明,在1KHz^1MHz正弦信号注入频率的条件下,系统的信噪比最高可达104dB,精度高,稳定度好。

基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器

在核磁共振(NMR)领域,射频脉冲信号的质量、形状对NMR性能及应用有着重要影响.本文基于现场可编程门阵列(FPGA)和直接数字频率合成(DDS)芯片AD9910设计了一种硬件结构更为简单的NMR射频脉冲发生器,实现了射频脉冲各项参数的数字化调制.其频率、相位、振幅的控制精度分别达到了32位、16位和14位,脉冲调制的时间精度为0.01μs,可灵活生成持续时间不小于0.1μs、载波频率不高于400 MHz的各类软脉冲和硬脉冲.同时,针对脉冲序列的特点建立了"脉冲+延时"的基础模型,提出了一种通用性更强的列表式脉冲序列控制方案,精简了对上级控制单元的控制需求.此外,对射频脉冲信号的频谱特性进行了理论分析,并采用Hanning窗对软脉冲的包络波形进行了优化处理,仿真和实验结果表明,Hanning窗可以有效抑制软脉冲的频谱泄漏问题.

经颅磁刺激仪的研制

简要介绍了经颅磁刺激仪的设计思路和制作要点.

万庆陶瓷艺术

引言 陶瓷花鸟画艺术是我国传统陶瓷装饰中重要的一个艺术类别，而笔墨情趣、情感表达和吉祥蕴意是其突出的表现特征。本文通过对陶瓷花鸟画三个特征方面的论述以增加人们对陶瓷花鸟画艺术的了解和认识。